JP3772063B2 - Position detection apparatus and position detection system - Google Patents
Position detection apparatus and position detection system Download PDFInfo
- Publication number
- JP3772063B2 JP3772063B2 JP2000051516A JP2000051516A JP3772063B2 JP 3772063 B2 JP3772063 B2 JP 3772063B2 JP 2000051516 A JP2000051516 A JP 2000051516A JP 2000051516 A JP2000051516 A JP 2000051516A JP 3772063 B2 JP3772063 B2 JP 3772063B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- marker
- rigid endoscope
- insertion tool
- attachment
- mounting plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 24
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 92
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 28
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 28
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、挿入具の位置検出装置に係り、特に、生体内に挿入される治療器具等の挿入具の位置姿勢を検出し、手術でのナビゲーション等に利用する位置計測装置としての挿入具の位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、医療における手術等の治療行為に対して、術前にX線、CT、MRI等の画像診断装置より得られた断層画像を三次元画像に再構成し、術中に治療器具の三次元位置姿勢を検出して術前の三次元再構成像に表示することが行われている。
【0003】
この際、治療器具の三次元位置姿勢を計測する必要があるが、特開平5−305073号公報に開示されているような光学式の三次元計測装置が比較的多く利用されている。
【0004】
このような光学式の三次元計測装置を用いて、三次元位置姿勢計測を行う場合には、計測対象となる治療器具に、計測装置に対応した信号部材を取り付ける必要がある。
【0005】
三次元での姿勢を計測するためには、直線状になく、位置関係が拘束された3個以上の信号部材を必要とする。
【0006】
このため、光学式の三次元計測装置を用いて、三次元位置姿勢計測を行う場合には、治療器具の挿入軸後方に、信号部材が取り付けられた信号板が装着され、それらとは非接触でそれら信号部材を認識できるTVカメラ等の複数の受信部材が設けられている。
【0007】
そして、治療器具の位置姿勢を算出するには、治療器具に対して信号板がどのように固定されているのかを示すキャリブレーションデータが必要であり、信号板を取り付けた各治療器具毎にキャリブレーションデータが一対一に対応付けされている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
位置計測装置では、処置中に受信部材と信号板の位置関係上、信号部材の計測が困難な状況になる場合がある。
【0014】
この場合、信号板の取り付け位置を受信部材で計測可能な位置姿勢へ変更することで、再び計測できるようになるが、この際に、三次元位置姿勢の算出に使用するキャリブレーションデータも変更した位置姿勢に対応したものに変更しなければ、計測対象である治療器具の三次元位置姿勢を算出することができない。
【0017】
本発明はこの点に着目し、治療器具使用時に容易に信号板の取り付け位置を変更でき、且つキャリブレーションデータも変更した取り付け位置に対応したものに変更することで、三次元位置姿勢計測を継続することができるようにすることを課題とする。
【0019】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、治療器具使用時に容易に信号板の取り付け位置を変更でき、かつ、キャリブレーションデータも変更した取り付け位置に対応したものに変更することで、三次元位置姿勢計測を継続可能な位置計測装置としての挿入具の位置検出装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様の位置検出装置は、位置検出の基準となるマーカーと、前記マーカーが取り付けられ、生体内に挿入される挿入具に連結部材を介して取り付けられ、前記挿入具に対する取り付け位置が可変なマーカー取り付け部材と、前記マーカーの位置を非接触で検出するマーカー検出部と、前記マーカー取り付け部材と前記挿入具との間に設けられ、前記取り付け位置の情報を設定する位置情報設定手段と、前記位置情報設定手段から入力された前記取り付け位置の情報に基づいて前記マーカーと前記挿入具とを関連付けるデータを変更し、当該データと前記マーカー検出部によって検出されたマーカーの位置とに基づいて前記挿入具の位置姿勢を算出する位置姿勢算出手段と、を具備することを特徴とする。
【0021】
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、後述する第1及び第2の実施の形態が対応する。
【0022】
上記解決手段中の挿入具は、これらの実施の形態では、硬性鏡1が該当するが、硬性鏡1のみに限定されることなく、電気メス、吸引管、ピンセット、鉗子などの器具であってもよい。
【0023】
また、上記解決手段中の信号部材としてのマーカーは、これらの実施の形態では、LED3が該当するが、LED3のみに限定されることなく、赤外LEDのようなアクティブ型マーカーや反射球のようなパッシブ型マーカーであってもよい。
【0024】
また、上記解決手段中の受信部材としてのマーカー検出部は、これらの実施の形態では、カメラ6が該当するが、カメラ6のみに限定されることなく、マーカーの三次元位置姿勢を計測できるものであれば、個数は問わない。
【0025】
また、上記解決手段中の位置姿勢算出手段は、これらの実施の形態では、センサ制御部7、及びセンサ情報記憶部8が該当する。
【0026】
また、上記解決手段中の信号取付部材としてのマーカー取り付け部材は、これらの実施の形態では、マーカ取付板4、及びマーカ取付具5(取付部材5a、5bで構成)が該当する。
【0027】
また、上記解決手段中の連結部材は、上記解決手段中の信号取付部材としてのマーカー取り付け部材と一体になった部材としてもよい。
【0051】
上記解決手段中の位置情報設定手段は、第1の実施の形態ではスイッチ10、11が該当する。
【0052】
また、第2の実施の形態ではエンコーダ15が該当するが、ポテンショメータなどの角度を計測するためのセンサ、及び距離を計測するためのセンサ、及びこれらを複合的に組み合わせたものに置き換えてもよい。
【0057】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【0058】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態による挿入具の位置検出装置の全体的な概略構成を示す図である。
【0059】
この発明の第1の実施の形態は、次のように構成されている。
【0060】
すなわち、図1に示すように、硬性鏡1には、CCDカメラヘッド部2が、硬性鏡挿入軸に対して屈曲した状態で取り付けられている。
【0061】
また、マーカー取付板4には、LED3が正三角形の頂点を構成するように3個取り付けられている。
【0062】
このLED3は、ケーブルによりセンサ制御部7に接続されている。
【0063】
前記マーカー取付板4は、後述するように、マーカー取付具5によって、CCDカメラヘッド部2に取り付けられている。
【0064】
カメラ6は、硬性鏡1の使用範囲におけるマーカー取付板4の移動範囲を視野に捕らえるように設置されており、センサ制御部7へ接続されている。
【0065】
図2(a)〜(d)は、図1のマーカー取付具5の概略的な構成を示す図である。
【0066】
すなわち、図2の(a)〜(d)に示すように、マーカー取付具5は、CCDカメラヘッド部2に固定する取付部材5bと、マーカー取付板4に固定する取付部材5aとから構成されている。
【0067】
ここで、取付部材5bには、取り付け方向毎に異なる複数の窪み9が設けられている。
【0068】
一方、取付部材5aには、スイッチ10、11が取り付けられている。
【0069】
これにより、取付部材5aが取付部材5bへ取り付けられると、窪み9の無い部分に対応するスイッチだけがオン状態になり、窪み9がある部分に対応するスイッチはオフ状態のままになる。
【0070】
これらのスイッチ10、11は、図1のセンサ制御部7へ接続されている。
【0071】
図3の(a),(b)は、図2のスイッチ10、11のオン状態、オフ状態を示す図である。
【0072】
図1において、キャリブレーションデータが蓄えられているセンサ情報記憶部8は、センサ制御部7へ接続されている。
【0073】
このセンサ制御部7は、図示しないナビゲーション装置に接続されている。
【0074】
次に、この発明の実施の形態の作用を説明する。
【0075】
前記スイッチ10,11からの情報は、センサ制御部7へ渡される。
【0076】
センサ制御部7では、スイッチ10,11からの情報を位置を表現するビット情報として解釈し、現在の取り付け状態に対応するキャリブレーションデータをセンサ情報記憶部8より取得する。
【0077】
図4は、センサ制御部7によるキャリブレーションデータの取得関係を示す図である。
【0078】
このキャリブレーションデータは、マーカー取付板4で構成される座標系と硬性鏡1で構成される座標系間に関係付けられる座標変換行列となっている。
【0079】
図5は、マーカー取付板4で構成される座標系と、硬性鏡1で構成される座標系とを示す図である。
【0080】
図6は、マーカー取付板4で構成される座標系と硬性鏡1で構成される座標系間に関係付けられる座標変換行列を示す図である。
【0081】
まず、センサ制御部7は、LED3を順番に1個ずつ発光させる。
【0082】
カメラ6は、マーカー取付板4の画像を取得し、センサ制御部7へ画像を送信する。
【0083】
センサ制御部7では、このカメラ6からの画像と、自ら制御したLED発光のタイミングとに基づいて導かれるLED3のID情報から、マーカー取付板4の三次元位置姿勢を算出する。
【0084】
次に、センサ制御部7は、センサ情報記憶部8より取得したキヤリブレーションデータを用いて、マーカー取付板4の三次元位置姿勢から硬性鏡1の三次元位置姿勢へ変換し、これを出力する。
【0085】
この結果として、センサ制御部7より出力される硬性鏡1の三次元位置姿勢を用いて、ナビゲーションが行われることになる。
【0086】
このナビゲーションを行っている状態で、術者は硬性鏡1と処置具12を用いて患部14に対して手術を行う。
【0087】
図7は、ナビゲーションを行っている状態で、術者は硬性鏡1と処置具12を用いて患部14に対して手術を行う状態を示す図である。
【0088】
すなわち、図7に示すように、硬正鏡1と処置具12は同じ穴13、もしくは非常に近い穴から患部14に向かって挿入されるため、処置具12の操作範囲に硬性鏡1が干渉しないよう配置することが非常に重要である。
【0089】
この実施の形態では、ナビゲーションを行うために必要なマーカー取付板4が、硬性鏡1に対して屈曲した状態になっているCCDカメラヘッド部2に取り付けられているため、処置具12の操作にマーカー取付板4が干渉することがないように考慮されている。
【0090】
また、カメラ6によってマーカー取付板4を撮影できない位置関係になったときには、マーカー取付板4の取り付け位置を変更することができるようになされている。
【0091】
図8、カメラ6によってマーカー取付板4を撮影できない位置関係になったときに、マーカー取付板4の取り付け位置を変更状態を示す図である。
【0092】
図9の(a),(b)は、マーカー取付板4の取り付け位置の変更によって、マーカー取付板4を撮影できない位置関係からマーカー取付板4を撮影できる位置関係となることを示す図である。
【0093】
そして、マーカー取付板4の取り付け位置の変更によって、マーカー取付具5に設けられたスイッチ10、11より得られる情報が変化し、センサ制御部7は対応するキャリブレーションデータをセンサ情報記憶部8より再取得することになる。
【0094】
この結果、センサ制御部7は、マーカー取付板4の取り付け位置を変更しても正しい硬性鏡1の三次元位置姿勢を出力することができる。
【0095】
なお、かつ、マーカー取り付け位置を変更しても処置具12の操作に干渉することはない。
【0096】
なお、この発明の第1の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【0097】
例えば、マーカー取付板4に取り付けられたLED3は、各々異なる波長であり、それらを同時に発光させ、カメラ6に各波長に対応するフィルタ等を用いて個々のLEDを識別する方式でもよい。
【0098】
また、マーカーとしては、それぞれが識別できる受動的な(発光しない)マーカーであってもよい。
【0099】
また、マーカーの形状そのものから画像処理的手法により、特徴部位を抽出する方式であってもよい。
【0100】
また、例えば、マーカー取付具5に設けられたスイッチ10、11は、これに限らず、角度を計測するためのセンサであるポテンショメータやエンコーダを用いることができる。
【0101】
また、この場合には、対応するキャリブレーションデータを選択するという方式だけでなく、ポテンショメータやエンコーダの出力をパラメータとしてキャリブレーションデータを計算することもできる。
【0102】
また、例えば、マーカー取付具5には、距離計測センサが取り付けられており、マーカー取付具5の取付部材5aと取付部材5bとの距離が可変になっていてもよい。
【0103】
この場合には、距離計測センサもセンサ制御部7へ接続され、キャリブレーションデータの選択/生成に利用される。
【0104】
また、この距離を段階的に変化させるようにし、距離情報をスイッチなどでセンシングしてもよい。
【0105】
また、例えば、CCDカメラヘッド部2の硬性鏡1に対する移動、及びまたは回転する手段と合わせて、これを計測する手段が設けられており、この情報をセンサ制御部7で取得することにより、CCDカメラヘッド部2の移動、回転によらず硬性鏡1の三次元位置姿勢を算出し、ナビゲーションを継続することが可能になる。
【0106】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0107】
図10は、本発明の第2の実施の形態による挿入具の位置検出装置の全体的な概略構成を示す図である。
【0108】
この発明の第2の実施の形態は、前述した第1の実施の形態の構成と以下の点を除いて、同様に構成されている。
【0109】
すなわち、第1の実施の形態において、マーカー取付具5にはスイッチ10、11が取り付けられているが、第2の実施の形態では、マーカー取付具5Aにはエンコーダ15が取り付けられている。
【0110】
図11の(a),(b)は、図10のマーカー取付具5Aの概略的な構成を示す図である。
【0111】
すなわち、図11の(a),(b)に示すように、マーカー取付具5Aにはエンコーダ15が取り付けられている。
【0112】
このエンコーダ15は、図10のセンサ制御部7へ接続されている。
【0113】
また、センサ情報記憶部8に記録されているキャリブレーションデータは、エンコーダ15の出力を変数とする関数の形(キャリブレーション関数)で記述されている。
【0114】
図12の(a)〜(e)は、第2の実施の形態におけるCCDカメラヘッド部2と硬性鏡1の取り付け部分の構成を示す図である。
【0115】
図12中の接点17は,センサ制御部7へ接続されている。
【0116】
次に、この発明の第2の実施の形態の作用を説明する。
【0117】
まず、マーカー取付具5Aに取り付けられたエンコーダ15からの出力が、センサ制御部7へ渡される。
【0118】
また、CCDカメラヘッド部2と硬性鏡1の取り付け部に設けられた接点17のオン/オフ情報がセンサ制御部7に渡される。
【0119】
センサ制御部7では、接点情報を硬性鏡の個別番号(ID)を表現するビット情報として解釈し、現在の硬性鏡に対応するキャリブレーション関数をセンサ情報記憶部8より取得する。
【0120】
図13は、接点情報を硬性鏡の個別番号(ID)を表現するビット情報として解釈する一例を示す図である。
【0121】
図14は、センサ制御部7によるキャリブレーション関数の取得関係を示す図である。
【0122】
そして、センサ制御部7では、このキャリブレーション関数とエンコーダ15からの出力とにより、実際の計算で使用するキャリブレーションデータを算出する。
【0123】
ここで、算出されたキャリブレーションデータは、図5及び図6に示したように、マーカー取付板4で構成される座標系と硬性鏡1で構成される座標系間に関係付けられる座標変換行列となっている。
【0124】
次に、第1の実施の形態と同様に、センサ制御部7より、硬性鏡1の三次元位置姿勢が出力される。
【0125】
マーカー取付板4のLED3がカメラ6で撮影できない位置関係になったときには、マーカー取付板4の取り付け位置を変更することができる。
【0126】
マーカ取付板4の取り付け位置の変更によって、マーカ取付具5Aに設けられたエンコーダ15より得られる情報が変化し、センサ制御部7は対応するキャリブレーションデータをキャリブレーション関数とエンコーダ15との出力に基づいて算出する。
【0127】
この結果、センサ制御部7は、正しい硬性鏡1の三次元位置姿勢を出力することができる。
【0128】
なお、かつ、マーカ取付板4の位置を変更しても処置具操作に干渉することはない。
【0129】
また、硬性鏡1を用いる手術においては、視野方向を切り替えるため、複数の種類の硬性鏡(直視:挿入軸に対して光軸が平行、30度側視:挿入軸に対して光軸が30度傾斜、70度側視:挿入軸に対して光軸が70度傾斜、など)を術中に取り替える。
【0130】
図15の(a)は、直視硬性鏡を示しており、図15の(b)は、30度側視硬性鏡を示しており、図15の(c)は、70度側視硬性鏡を示している。
【0131】
この場合、この第2の実施の形態では、マーカー取付板4は、硬性鏡1ではなく、CCDカメラヘッド部2に取り付けられているので、使用する硬性鏡すべてに対してマーカー取付板4を用意する必要がなく、一つのマーカー取付板4で対応可能になっている。
【0132】
そして、硬性鏡1を取り替えた情報は、接点情報としてセンサ制御部7に渡されるので、センサ制御部7では、新たに対応するキャリブレーション関数をセンサ情報記憶部8より取得することにより、使用者に特別な操作を要求することなく、硬性鏡1の三次元位置姿勢を算出することができる。
【0133】
また、対応するキャリブレーション関数が存在しない場合には、同じ種類の硬性鏡をIDから識別可能であるので、同じ種類の硬性鏡に対応するキャリブレーション関数を用いることができ、状況の急変に対しても可能な限り対応することができるようになっている。
【0134】
なお、この発明の第2の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【0135】
例えば、マーカー取付具5Aに取り付けられたエンコーダ15は、これに限らず、同様に角度情報を出力するポテンショメータに置き換えてもよい。
【0136】
また、マーカー取付具5Aに取り付けられたエンコーダ15は、第1の実施の形態に示したように、スイッチを用いてもよい。
【0137】
また、例えば、取り替えの対象となる硬性鏡1は、硬性鏡に限らず、患部の吸引、切除等を行う処置具であってもよい。
【0138】
この場合、CCDカメラヘッド部2は、マーカー取付板4を処置具に取り付けるための機能に限定される。
【0139】
また、CCDカメラヘッド部2と硬性鏡1の取り付け部に設けられた接点17は、この構造に限定されるものではなく、硬性鏡本体のIDを認識できれば、いかなる方式のものでもよい。
【0140】
例えば、CCDカメラヘッド部2と硬性鏡1の取り付け部に設けられた接点17は、硬性鏡視野外部分にIDを示すマーク(バーコード等)を映し込み、これを画像処理の手法によって読み取るという形態に置き換えることもできる。
【0141】
そして、上述したような実施の形態で示した本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至3以外にも、以下に付記1乃至付記2として示すような発明が含まれている。
【0142】
(付記1) 前記位置情報設定手段は、
前記マーカー取り付け部材に設けられたスイッチであることを特徴とする請求項3に記載の挿入具の位置検出装置。
【0143】
(付記2) 前記位置情報設定手段は、
前記マーカー取り付け部材に設けられたエンコーダであることを特徴とする請求項3に記載の挿入具の位置検出装置。
【0148】
【発明の効果】
本発明によれば、治療器具使用時に容易に信号板の取り付け位置を変更でき、かつ、キャリブレーションデータも変更した取り付け位置に対応したものに変更することで、三次元位置姿勢計測を継続可能な位置計測装置としての挿入具の位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1の実施の形態による挿入具の位置検出装置の全体的な概略構成を示す図である。
【図2】図2の(a)〜(d)は、図1のマーカー取付具5の概略的な構成を示す図である。
【図3】図3の(a),(b)は、図2のスイッチ10、11のオン状態、オフ状態を示す図である。
【図4】図4は、センサ制御部7によるキャリブレーションデータの取得関係を示す図である。
【図5】図5は、マーカー取付板4で構成される座標系と、硬性鏡1で構成される座標系とを示す図である。
【図6】図6は、マーカー取付板4で構成される座標系と硬性鏡1で構成される座標系間に関係付けられる座標変換行列を示す図である。
【図7】図7は、ナビゲーションを行っている状態で、術者は硬性鏡1と処置具12を用いて患部14に対して手術を行う状態を示す図である。
【図8】図8、カメラ6によってマーカー取付板4を撮影できない位置関係になったときに、マーカー取付板4の取り付け位置を変更状態を示す図である。
【図9】図9の(a),(b)は、マーカー取付板4の取り付け位置の変更によって、マーカー取付板4を撮影できない位置関係からマーカー取付板4を撮影できる位置関係となることを示す図である。
【図10】図10は、本発明の第2の実施の形態による挿入具の位置検出装置の全体的な概略構成を示す図である。
【図11】図11の(a),(b)は、図10のマーカー取付具5Aの概略的な構成を示す図である。
【図12】図12の(a)〜(e)は、第2の実施の形態におけるCCDカメラヘッド部2と硬性鏡1の取り付け部分の構成を示す図である。
【図13】図13は、接点情報を硬性鏡の個別番号(ID)を表現するビット情報として解釈する一例を示す図である。
【図14】図14は、センサ制御部7によるキャリブレーション関数の取得関係を示す図である。
【図15】図15の(a)は、直視硬性鏡を示しており、図15の(b)は、30度側視硬性鏡を示しており、図15の(c)は、70度側視硬性鏡を示している。
【符号の説明】
1…硬性鏡、
2…CCDカメラヘッド部、
3…LED、
4…マーカー取付板、
5…マーカー取付具、
5a…取付部材、
5b…取付部材、
6…カメラ、
7…センサ制御部、
9…窪み、
10,11…スイッチ、
5A…マーカー取付具、
12…処置具、
13…穴、
14…患部、
15…エンコーダ、
17…接点。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection device for an insertion tool, and more particularly to an insertion tool as a position measurement device that detects the position and orientation of an insertion tool such as a treatment tool inserted into a living body and is used for navigation and the like in surgery. The present invention relates to a position detection device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for therapeutic actions such as surgery in medicine, tomographic images obtained from X-ray, CT, MRI and other image diagnostic devices before surgery are reconstructed into three-dimensional images, and three-dimensional treatment instruments are operated during surgery. The position and orientation are detected and displayed on a pre-operative three-dimensional reconstruction image.
[0003]
At this time, although it is necessary to measure the three-dimensional position and orientation of the treatment instrument, an optical three-dimensional measuring apparatus as disclosed in JP-A-5-305073 is relatively widely used.
[0004]
When three-dimensional position and orientation measurement is performed using such an optical three-dimensional measurement device, it is necessary to attach a signal member corresponding to the measurement device to a treatment instrument to be measured.
[0005]
In order to measure a three-dimensional posture, three or more signal members that are not linear and whose positional relationship is constrained are required.
[0006]
For this reason, when performing three-dimensional position and orientation measurement using an optical three-dimensional measuring device, a signal plate to which a signal member is attached is mounted on the rear side of the insertion axis of the treatment instrument, and there is no contact with them. A plurality of receiving members such as a TV camera that can recognize these signal members are provided.
[0007]
In order to calculate the position and orientation of the treatment device, calibration data indicating how the signal plate is fixed to the treatment device is required, and calibration is performed for each treatment device to which the signal plate is attached. Are associated with each other one-to-one.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the position measuring device, there are cases where it is difficult to measure the signal member due to the positional relationship between the receiving member and the signal plate during treatment.
[0014]
In this case, it is possible to measure again by changing the mounting position of the signal plate to a position and orientation that can be measured by the receiving member. At this time, the calibration data used for calculating the three-dimensional position and orientation is also changed. Unless a change is made to one corresponding to the position and orientation, the three-dimensional position and orientation of the treatment instrument to be measured cannot be calculated.
[0017]
The present invention pays attention to this point, and it is possible to easily change the mounting position of the signal board at the time of using the treatment instrument and to change the calibration data to the one corresponding to the changed mounting position, thereby continuing the three-dimensional position and orientation measurement. The challenge is to be able to do so.
[0019]
The present invention has been made in view of the above problems, and can change the mounting position of the signal plate easily when using the treatment instrument, and the calibration data is also changed to the one corresponding to the changed mounting position, so that the three-dimensional position and orientation are changed. It aims at providing the position detection apparatus of the insertion tool as a position measurement apparatus which can continue measurement.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The position detection device according to an embodiment of the present invention includes a marker serving as a reference for position detection, the marker is attached, and is attached to an insertion tool inserted into a living body via a connecting member, and is attached to the insertion tool. A marker mounting member that is variable, a marker detection unit that detects the position of the marker in a non-contact manner, and a position information setting unit that is provided between the marker mounting member and the insertion tool and sets information on the mounting position And data for associating the marker with the insertion tool based on the information on the attachment position input from the position information setting means, and based on the data and the position of the marker detected by the marker detection unit And a position / orientation calculating means for calculating a position / orientation of the insertion tool.
[0021]
(Corresponding Embodiment of the Invention)
Embodiments relating to the present invention correspond to first and second embodiments described later.
[0022]
In these embodiments, the insertion tool in the solution means corresponds to the
[0023]
The marker as the signal member in the solution means corresponds to the LED 3 in these embodiments. However, the marker is not limited to the LED 3 alone, but is an active marker such as an infrared LED or a reflection sphere. A passive marker may be used.
[0024]
Further, the marker detection unit as a receiving member in the above solution means corresponds to the camera 6 in these embodiments, but is not limited to the camera 6 and can measure the three-dimensional position and orientation of the marker. If so, the number does not matter.
[0025]
Further, the position / orientation calculation means in the solving means corresponds to the
[0026]
In these embodiments, the marker mounting member as the signal mounting member in the above solution means the
[0027]
Further, the connecting member in the solving means may be a member integrated with a marker attaching member as a signal attaching member in the solving means.
[0051]
The position information setting means in the solving means corresponds to the
[0052]
The encoder 15 corresponds to the second embodiment, but may be replaced with a sensor for measuring an angle such as a potentiometer, a sensor for measuring a distance, and a combination of these. .
[0057]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0058]
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a position detection apparatus for an insertion tool according to a first embodiment of the present invention.
[0059]
The first embodiment of the present invention is configured as follows.
[0060]
That is, as shown in FIG. 1, the CCD
[0061]
In addition, three LEDs 3 are attached to the
[0062]
The LED 3 is connected to the
[0063]
The
[0064]
The camera 6 is installed so as to capture the movement range of the
[0065]
2A to 2D are diagrams showing a schematic configuration of the
[0066]
That is, as shown in FIGS. 2A to 2D, the
[0067]
Here, the attachment member 5b is provided with a plurality of depressions 9 that differ in each attachment direction.
[0068]
On the other hand, the
[0069]
Thus, when the attachment member 5a is attached to the attachment member 5b, only the switch corresponding to the portion without the recess 9 is turned on, and the switch corresponding to the portion with the recess 9 remains in the OFF state.
[0070]
These
[0071]
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the on and off states of the
[0072]
In FIG. 1, a sensor information storage unit 8 in which calibration data is stored is connected to a
[0073]
The
[0074]
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described.
[0075]
Information from the
[0076]
The
[0077]
FIG. 4 is a diagram illustrating the acquisition relationship of calibration data by the
[0078]
This calibration data is a coordinate transformation matrix related between the coordinate system constituted by the
[0079]
FIG. 5 is a diagram showing a coordinate system composed of the
[0080]
FIG. 6 is a diagram illustrating a coordinate transformation matrix related between a coordinate system constituted by the
[0081]
First, the
[0082]
The camera 6 acquires an image of the
[0083]
The
[0084]
Next, the
[0085]
As a result, navigation is performed using the three-dimensional position and orientation of the
[0086]
While performing this navigation, the surgeon performs an operation on the affected area 14 using the
[0087]
FIG. 7 is a diagram showing a state in which the surgeon performs an operation on the affected part 14 using the
[0088]
That is, as shown in FIG. 7, the
[0089]
In this embodiment, the
[0090]
Further, when the camera 6 is in a positional relationship where the
[0091]
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the mounting position of the
[0092]
FIGS. 9A and 9B are views showing a positional relationship in which the
[0093]
Then, by changing the mounting position of the
[0094]
As a result, the
[0095]
In addition, even if the marker attachment position is changed, the operation of the
[0096]
It should be noted that the configuration of the first embodiment of the present invention can naturally be variously modified and changed.
[0097]
For example, the LEDs 3 attached to the
[0098]
In addition, the marker may be a passive (not emitting) marker that can be identified.
[0099]
Further, a method of extracting a characteristic part from the marker shape itself by an image processing method may be used.
[0100]
Further, for example, the
[0101]
In this case, not only the method of selecting the corresponding calibration data but also the calibration data can be calculated using the output of the potentiometer or encoder as a parameter.
[0102]
Further, for example, a distance measurement sensor may be attached to the
[0103]
In this case, the distance measurement sensor is also connected to the
[0104]
Further, this distance may be changed stepwise, and the distance information may be sensed with a switch or the like.
[0105]
In addition, for example, there is provided means for measuring the CCD
[0106]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0107]
FIG. 10 is a diagram illustrating an overall schematic configuration of a position detection device for an insertion tool according to the second embodiment of the present invention.
[0108]
The second embodiment of the present invention is configured similarly except for the configuration of the first embodiment described above and the following points.
[0109]
That is, in the first embodiment, the
[0110]
(A), (b) of FIG. 11 is a figure which shows schematic structure of 5 A of marker attachments of FIG.
[0111]
That is, as shown in FIGS. 11A and 11B, the encoder 15 is attached to the marker attachment 5A.
[0112]
The encoder 15 is connected to the
[0113]
The calibration data recorded in the sensor information storage unit 8 is described in the form of a function (calibration function) with the output of the encoder 15 as a variable.
[0114]
(A)-(e) of FIG. 12 is a figure which shows the structure of the attachment part of the CCD
[0115]
The contact 17 in FIG. 12 is connected to the
[0116]
Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described.
[0117]
First, the output from the encoder 15 attached to the
[0118]
In addition, on / off information of the contact 17 provided in the attachment part of the CCD
[0119]
In the
[0120]
FIG. 13 is a diagram illustrating an example in which the contact information is interpreted as bit information representing an individual number (ID) of the rigid endoscope.
[0121]
FIG. 14 is a diagram illustrating the acquisition relationship of the calibration function by the
[0122]
Then, the
[0123]
Here, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, the calculated calibration data is a coordinate transformation matrix related between the coordinate system constituted by the
[0124]
Next, as in the first embodiment, the
[0125]
When the LED 3 of the
[0126]
By changing the mounting position of the
[0127]
As a result, the
[0128]
In addition, even if the position of the
[0129]
Further, in the surgery using the
[0130]
FIG. 15A shows a direct-view rigid endoscope, FIG. 15B shows a 30-degree side rigid endoscope, and FIG. 15C shows a 70-degree side rigid endoscope. Show.
[0131]
In this case, in the second embodiment, the
[0132]
And since the information which replaced the
[0133]
In addition, when there is no corresponding calibration function, the same type of rigid endoscope can be identified from the ID. Therefore, a calibration function corresponding to the same type of rigid endoscope can be used, and a sudden change in the situation. However, it is possible to respond as much as possible.
[0134]
Of course, each configuration of the second embodiment of the present invention can be variously modified and changed.
[0135]
For example, the encoder 15 attached to the marker attachment 5A is not limited thereto, and may be replaced with a potentiometer that outputs angle information in the same manner.
[0136]
Further, as shown in the first embodiment, the encoder 15 attached to the marker attachment 5A may use a switch.
[0137]
Further, for example, the
[0138]
In this case, the CCD
[0139]
Further, the contact point 17 provided on the CCD
[0140]
For example, the contact point 17 provided on the CCD
[0141]
In addition, the present specification shown in the embodiment as described above includes inventions as shown in
[0142]
(Supplementary Note 1) The position information setting means includes:
The position detection device for an insertion tool according to claim 3, wherein the switch is a switch provided on the marker attachment member.
[0143]
(Supplementary Note 2) The position information setting means includes:
The position detection device for an insertion tool according to claim 3, wherein the position detection device is an encoder provided on the marker attachment member.
[0148]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to easily change the mounting position of the signal plate when using the treatment instrument, and to continue the three-dimensional position and orientation measurement by changing the calibration data to the one corresponding to the changed mounting position. A position detection device for an insertion tool as a position measurement device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall schematic configuration of a position detection device for an insertion tool according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2D are diagrams showing a schematic configuration of the
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the on and off states of the
FIG. 4 is a diagram illustrating a calibration data acquisition relationship by the
FIG. 5 is a diagram showing a coordinate system composed of the
FIG. 6 is a diagram showing a coordinate transformation matrix related between a coordinate system composed of the
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which an operator performs an operation on an affected area using the
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the mounting position of the
9 (a) and 9 (b) show that, by changing the mounting position of the
FIG. 10 is a diagram showing an overall schematic configuration of a position detection device for an insertion tool according to a second embodiment of the present invention.
11 (a) and 11 (b) are diagrams showing a schematic configuration of the marker fixture 5A in FIG.
FIGS. 12A to 12E are diagrams showing a configuration of a mounting portion of the CCD
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of interpreting contact information as bit information representing an individual number (ID) of a rigid endoscope.
FIG. 14 is a diagram illustrating a calibration function acquisition relationship by the
15 (a) shows a direct-view rigid endoscope, FIG. 15 (b) shows a 30-degree side rigid endoscope, and FIG. 15 (c) shows a 70-degree side endoscope. A optic rigid endoscope is shown.
[Explanation of symbols]
1 ... rigid endoscope,
2 ... CCD camera head,
3 ... LED,
4 ... Marker mounting plate,
5 ... Marker mounting tool,
5a ... mounting member,
5b ... mounting member,
6 ... Camera,
7: Sensor control unit,
9 ... depression,
10, 11 ... switch,
5A ... Marker attachment,
12 ... treatment tool,
13 ... hole,
14 ... affected area,
15: Encoder,
17 ... Contact.
Claims (2)
前記マーカーが取り付けられ、生体内に挿入される挿入具に連結部材を介して取り付けられ、前記挿入具に対する取り付け位置が可変なマーカー取り付け部材と、
前記マーカーの位置を非接触で検出するマーカー検出部と、
前記マーカー取り付け部材と前記挿入具との間に設けられ、前記取り付け位置の情報を設定する位置情報設定手段と、
前記位置情報設定手段から入力された前記取り付け位置の情報に基づいて前記マーカーと前記挿入具とを関連付けるデータを変更し、当該データと前記マーカー検出部によって検出された前記マーカーの位置に関するデータとに基づいて前記挿入具の位置姿勢を算出する位置姿勢算出手段と、
を具備することを特徴とする位置検出装置。A marker that serves as a reference for position detection;
A marker mounting member to which the marker is attached and attached to an insertion tool to be inserted into a living body via a connecting member, the mounting position of the insertion tool being variable;
A marker detection unit for detecting the position of the marker in a non-contact manner;
Position information setting means provided between the marker attachment member and the insertion tool, for setting information on the attachment position ;
Based on the information on the attachment position input from the position information setting means, data for associating the marker with the insertion tool is changed, and the data and data relating to the position of the marker detected by the marker detection unit. Position and orientation calculation means for calculating the position and orientation of the insertion tool based on
A position detection apparatus comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051516A JP3772063B2 (en) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | Position detection apparatus and position detection system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051516A JP3772063B2 (en) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | Position detection apparatus and position detection system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001238894A JP2001238894A (en) | 2001-09-04 |
| JP3772063B2 true JP3772063B2 (en) | 2006-05-10 |
Family
ID=18573161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000051516A Expired - Fee Related JP3772063B2 (en) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | Position detection apparatus and position detection system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3772063B2 (en) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0015683D0 (en) * | 2000-06-28 | 2000-08-16 | Depuy Int Ltd | Apparatus for positioning a surgical instrument |
| JP4137910B2 (en) * | 2005-05-09 | 2008-08-20 | 日本電信電話株式会社 | Positioning device, identification information transmitting device, receiving device, positioning system, positioning method, computer program, and recording medium |
| JP4892982B2 (en) * | 2006-01-12 | 2012-03-07 | 株式会社島津製作所 | Magnetic mapping device |
| JP2010082189A (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Olympus Corp | Calibration method of manipulator in surgical manipulator system |
| JP5509645B2 (en) * | 2009-03-25 | 2014-06-04 | 富士ゼロックス株式会社 | Position / posture recognition method, component gripping method, component placement method, component assembly method, position / posture recognition device, component gripping device, component placement device, and component assembly device |
| JP5540583B2 (en) * | 2009-06-24 | 2014-07-02 | 富士ゼロックス株式会社 | POSITION MEASUREMENT SYSTEM, POSITION MEASUREMENT COMPUTER AND PROGRAM |
| JP5842248B2 (en) * | 2010-12-24 | 2016-01-13 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Marker |
| CN109069175B (en) * | 2016-04-21 | 2021-09-03 | 奥林巴斯株式会社 | Treatment tool for endoscope |
| KR102478842B1 (en) | 2020-10-13 | 2022-12-20 | 주식회사 고영테크놀러지 | Portable 3 dimensional image measuring device, 3 dimensional image measuring method using same, and medical image matching system |
-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000051516A patent/JP3772063B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001238894A (en) | 2001-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12472004B2 (en) | Surgical instrument and method for detecting the position of a surgical instrument | |
| JP6985262B2 (en) | Devices and methods for tracking the position of an endoscope in a patient's body | |
| CN104367322B (en) | Visualization of unmarked areas | |
| CN105848552B (en) | Method for measuring distance based on endoscope and endoscopic system | |
| JP3792257B2 (en) | Image guided surgery system | |
| ES2774799T3 (en) | Robotic instrument systems using fiber optic sensors | |
| EP3212104B1 (en) | Hybrid navigation system for surgical interventions | |
| US12489960B2 (en) | Communication of detected grasping forces in a surgical robotic platform | |
| JP4472085B2 (en) | Surgical navigation system | |
| JP2001061861A (en) | System and medical workstation with image capturing means | |
| KR20140132649A (en) | Haptic glove and Surgical robot system | |
| US20020077544A1 (en) | Endoscopic targeting method and system | |
| US20140276940A1 (en) | Surgical robot and method of controlling the same | |
| US10631826B2 (en) | Medical apparatus, medical-image generating method, and recording medium on which medical-image generating program is recorded | |
| JPH11318938A (en) | Image guided surgery system | |
| JP2012115521A (en) | Tubular insertion system | |
| JP3772063B2 (en) | Position detection apparatus and position detection system | |
| WO2006120690A2 (en) | Endoscopic measurement techniques | |
| CN111936074A (en) | Monitoring moving objects in the operating room | |
| CN111417353A (en) | Surgical shape sensing fiber optic device and method therefor | |
| US20240164706A1 (en) | In-vivo observation system, observation system, in-vivo observation method, and in-vivo observation device | |
| US20030012342A1 (en) | Laser pointer | |
| CN117479875A (en) | Endoscopic navigation indicator | |
| CN101467890B (en) | System for accelerating dental diagnosis and surgical planning and method for observing stereoscopic images | |
| TWI771905B (en) | Endoscopy system and method of reconstructing three-dimension structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050727 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050802 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051003 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051122 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051227 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060131 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060213 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090217 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100217 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110217 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110217 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120217 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120217 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130217 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140217 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |